DE69605773T2 - Persönliches ortungsgerät - Google Patents

Persönliches ortungsgerät

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    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04RLOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R25/00Deaf-aid sets, i.e. electro-acoustic or electro-mechanical hearing aids; Electric tinnitus maskers providing an auditory perception
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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein persönliches Winkelmeßgerät, das zur Erfassung der von einer Quelle ausgesandten elektromagnetischen, infraroten oder Ultraschallstrahlung verwendbar ist, um die Richtung dieser Quelle zu bestimmen, oder eine virtuelle Schallumgebung zu erzeugen.
  • Die Winkelmessung ermöglicht die Bestimmung der Richtung einer Strahlungsquelle. Die herkömmlichen Anwendungen sind die manuelle Winkelmessung und die automatische Winkelmessung.
  • Die automatische Winkelmessung wird bei den festen Anlagen oder bei den mobilen Anlagen (Flugzeug, Schiff, Fahrzeug) häufig verwendet. Die Richtungsangabe ist in Form eines Peilwinkels (Winkel zwischen dem Träger und der scheinbaren Richtung) oder einer Abweichungangabe vom Typ rechts links verfügbar.
  • Die manuelle Winkelmessung wird oft für die Suche der Emissionsquelle mit Hilfe einer Antenne oder eines Meßfühlers, die von Hand orientiert werden, verwendet. Diese Art von Winkelmessung beruht auf der Suche eines Minimums oder Maximums bei dem Empfang, ohne die Information über die relative Position der Richtung der Quelle bezüglich der Such-Antenne oder des Such-Meßfühlers zu liefern.
  • Die zwei Arten von Winkelmessung erfordern das Ablesen eines Instruments, oft kombiniert mit dem Abhören über eine Hörmuschel oder einen Lautsprecher, um die Identifizierung der Quelle zu ermöglichen. Die manuelle Winkelmessung ermöglicht keine Suche der Strahlungsquelle mit freien Händen.
  • Wie in dem Patent US-A-5 068 832 beschrieben ist, ist bereits ein persönliches Winkelmeßgerät für die Erfassung einer Ultraschallstrahlung und die Bestimmung der Richtung der diese Strahlung aussendenden Quelle bekannt. Dieses Gerät umfaßt einen lokalen Oszillator, um die unhörbaren Frequenzen des Ultraschallsignals in Frequenzen umzuwandeln, die in dem Bereich der hörbaren Töne liegen.
  • In dem Patent US-A-4 774 515 wird ein Gerät zur Angabe der normalen Haltung beschrieben, um einer Einzelperson eine Angabe über die normale Haltung zu liefern, zusammen mit einem Mittel, um ein Signal zu erzeugen, das die Echtzeit- Haltung der Einzelperson in dem Raum wiedergibt, und einem Mittel, um als Reaktion auf das Echtzeit-Signal, das die Echtzeit-Haltung wiedergibt, die normale Angabe bezüglich der Einzelperson in dem dreidimensionalen Raum anzuordnen, so daß der Einzelperson eine normale Angabe bezüglich der Echtzeit-Haltung der Einzelperson in dem Raum geliefert wird.
  • In dem Patent US-A-4 449 018 wird ein Gerät beschrieben, das für Schwerhörige bestimmt ist, und das die Verstärkung der Signale ermöglicht, wobei die dreidimensionale Wahrnehmung der Töne erhalten bleibt. Bei diesem Gerät wird die durch den Abstand der Mikrofone hervorgerufene, natürliche Phasenverschiebung ausgenutzt, und der Verwender des Gerätes nimmt infolge der Phasenverschiebung des nach Verstärkung in den Hörmuscheln verfügbaren, hörbaren Signals den Azimut des Signals wahr.
  • Die vorliegende Erfindung hat zum Ziel, ein Winkelmeßgerät von besonders einfacher, tragbarer Konzeption zu verwirklichen, bei dem die Hände des Verwenders frei bleiben, und bei dem kein Instrument abgelesen werden muß.
  • Zu diesem Zweck ist dieses persönliche Winkelmeßgerät, das zur Erfassung der von einer Quelle ausgesandten elektromagnetischen, infraroten oder Ultraschallstrahlung verwendbar ist, um die Richtung dieser Quelle zu bestimmen, oder eine virtuelle Schallumgebung zu erzeugen, und das ein von dem Kopf des Verwenders getragenes Mittel zur Erfassung der Strahlung umfaßt, das durch eine Drehbewegung des Kopfes bezüglich der Quelle orientierbar ist, und ein Signal mit einer Charakteristik erzeugt, die variabel ist in Abhängigkeit von der Richtung der Quelle bezüglich der Beobachtungsachse des Verwenders, die der Position des Erfassungsmittels, das heißt, der Position des Kopfes entspricht, und zwei auf den beiden Ohren des Verwenders angeordnete Hörmuscheln umfaßt, um ein Schallsignal auszusenden, dessen Art von der Winkelabweichung zwischen der Richtung der Quelle und der augenblicklichen Position des Kopfes des Verwenders abhängt, dadurch gekennzeichnet, daß das Erfassungsmittel aus einem Antennensystem besteht, das einen Ausgang und mindestens eine zu der Quer achse der Ohren parallele Analysenachse besitzt, und daß das Gerät außerdem einen Empfänger-Demodulator umfaßt, dessen Eingang mit dem Ausgang des Erfassungsmittels verbunden ist, und eine Schaltung zur Verarbeitung des demodulierten Signals umfaßt, die an den Ausgang des Empfänger-Demodulators angeschlossen ist, und an ihrem Ausgang ein Steuersignal erzeugt, das von der Winkelabweichung zwischen der Richtung der Quelle und der augenblicklichen Position des Erfassungsmittels, das heißt, der Beobachtungsachse des Verwenders, abhängt, und zwei Schaltungen zur Verarbeitung des Audiosignals umfaßt, die dem rechten bzw. linken Schallkanal zugeordnet sind, und deren Eingänge an den Ausgang der Verarbeitungsschaltung angeschlossen sind, und deren Ausgänge mit der rechten Hörmuschel bzw. der linken Hörmuschel verbunden sind, um die Richtung der Quelle durch das binaurale Hören wahrnehmen zu können.
  • Das Winkelmeßgerät der vorliegenden Erfindung kann in vorteilhafter Weise in Form eines mit Hörmuscheln versehenen Helms verwirklicht werden, in den ein Antennensystem oder ein Meßfühlersystem eingebaut ist, welches das Mittel zur Aufnahme der Strahlung darstellt. Alle anderen Elemente der elektronischen Schaltung zur Verarbeitung des aufgenommenen Signals können ebenfalls in den Helm integriert werden, oder auch an einer beliebigen Stelle des Körpers des Verwenders getragen werden, wobei sie durch Drähte mit dem Helm verbunden sind.
  • Das Winkelmeßgerät der vorliegenden Erfindung kann bei zahlreichen Anwendungen in vorteilhafter Weise verwendet werden, um die Richtung einer Strahlungsquelle zu bestimmen. Als Anwendungsbeispiele können genannt werden: die Ortung von Notbaken an Land und unter Schnee (Erfassung von unter einer Lawine eingeschlossenen Personen), das Treffen in einer durch einen Sender gekennzeichneten Zone, die Kommunikation mit Ortung bei individuellen Luftfahrtaktivitäten, bei denen Fallschirme, Gleitschirme, Drachenflieger und Ultraleichtflugzeuge verwendet werden, die Ortung und Identifizierung von elektromagnetischen Störungen, die Sicherheit und die Kommunikation von Mitarbeitern, die mit einem Helm oder einem Helmtauchgerät ausgerüstet sind und unter harten Umweltbedingungen oder in feindlichen Umgebungen arbeiten. In diesem letzteren Fall wird das für die Winkelmessung verwendete Empfangssystem durch einen Sender vervollständigt, um eine bilaterale Verbindung mit einer gegenseitigen Ortung zu ermöglichen. Dieses letztere Gerät kann so in vorteilhafter Weise verwendet werden von: Feuerwehrleuten, die in einer gefährlichen Zone mit geringer Sicht eingreifen, Mitarbeitern, die in einer verschmutzten, geräuschvollen, radiaktiven Zone arbeiten, Astronauten beim Ausstieg aus dem Raumschiff, Tauchern (Übertragung durch Modulation einer Ultraschallwelle), usw.
  • Wie oben angegeben wurde, kann das Winkelmeßgerät der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auch für die Simulation einer Schallumgebung in einer interaktiven virtuellen Umgebung verwendet werden (Ausbildung auf Simulator, oder Spiel).
  • Nachstehend werden als nicht-begrenzende Beispiele verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben, wobei auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird, die Folgendes darstellen:
  • Die Fig. 1 ist ein Übersichtsschema eines Winkelmeßgerätes der vorliegenden Erfindung, das die Bestimmung der Richtung einer Strahlungsquelle mittels binauralen Hörens ermöglicht.
  • Die Fig. 2 ist ein Übersichtsschema einer Ausführungsform eines Winkelmeßgerätes, das die Bestimmung der Richtung einer modulierten oder nichtmodulierten Strahlungsquelle mittels binauralen Hörens ermöglicht.
  • Die Fig. 3A und 3B sind Diagramme, welche die Amplituden der in dem rechten bzw. linken Ohr erzeugten Schallsignale veranschaulichen, und zwar in dem Fall der Orientierung des Kopfes in Richtung der Strahlungsquelle, und in dem Fall der Orientierung nach einer Drehung um 90º.
  • Die Fig. 4 ist ein Diagramm, das die Variation der Verzögerung zwischen den auf die linke und die rechte Hörmuschel gegebenen Signalen als Funktion des Winkelunterschiedes zwischen dem Kopf des Verwenders und der Richtung der Quelle wiedergibt.
  • Die Fig. 5 ist ein Diagramm, das die Variation der Amplitude der Schallsignale in der linken und rechten Hörmuschel als Funktion des Winkelunterschiedes bei einem normalen Modus und bei einem Zielpeilungsmodus veranschaulicht.
  • Die Fig. 6 ist ein Übersichtsschema einer Variante des Gerätes, bei der die Analyse der Herkunft der Strahlung durch Interferometrie ausgeführt wird.
  • Die Fig. 7 ist ein Übersichtsschema einer Variante des Gerätes, die bei der Simulation einer Schallstrahlung verwendet wird.
  • Die Fig. 8 ist ein Schema eines Flußdiagramms der Software für die Verarbeitung des Winkelmeßsignals.
  • In der Fig. 1, auf die nun Bezug genommen wird, ist ein Übersichtsschema eines Winkelmeßgerätes der vorliegenden Erfindung wiedergegeben, das für die Erfassung einer von einer Quelle S ausgesandten elektromagnetischen Strahlung verwendbar ist. In der folgenden Beschreibung betreffen alle wiedergegebenen Anwendungsbeispiele des Gerätes der vorliegenden Erfindung die Erfassung einer elektromagnetischen Strahlung, aber es versteht sich von selbst, daß das Gerät der vorliegenden Erfindung ebenfalls verwendet werden könnte, um andere Strahlungen, wie zum Beispiel Infrarot- und Ultraschallstrahlungen, aufzunehmen, wenn geeignete Meßfühler verwendet werden.
  • Das Winkelmeßgerät der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Mittel 1 zur Aufnahme der von der Quelle S ausgesandten elektromagnetischen Strahlung, in dem vorliegenden Fall ein Antennensystem, das auf dem Kopf 2 des Verwenders des Gerätes in der Querrichtung, das heißt, parallel zu der Achse seiner Ohren angeordnet ist. Bei dem Winkelmeßgerät werden außerdem zwei Hörmuscheln, nämlich eine rechte Hörmuschel 3d und eine linke Ohrmuschel 3g verwendet, um Schallsignale zu erzeugen, die auf das rechte bzw. linke Ohr des Verwenders gegeben werden.
  • Das Antennensystem 1 ist mit einem Empfänger 4 verbunden, der das von der Antenne aufgenommene Signal empfängt, wobei dieses Signal eine Funktion des Winkelunterschiedes a zwischen der Richtung R der Quelle S der elektromagnetischen Strahlung und der Beobachtungsrichtung A des Verwenders des Gerätes ist, wobei dieser Winkelunterschied in jeder der Figuren der Zeichnung durch einen schwarzen Pfeil angegeben ist.
  • Der Empfänger 4 gibt an seinem Ausgang ein Winkelmeßsignal aus, das auf den Eingang einer Schaltung 5 zur Verarbeitung des Winkelmeßsignals gegeben wird, die an ihrem Ausgang ein Signal x ausgibt, das eine Funktion des Winkelunterschiedes a ist. Anders ausgedrückt, es gilt x = f(a). Der Ausgang der Schaltung 5 ist mit den Eingängen von zwei Schaltungen 6d, 6g zur Verarbeitung des Audiosignals verbunden, die dem rechten bzw. linken Schallkanal zugeordnet sind, und deren Ausgänge mit der rechten Hörmuschel 3d bzw. der linken Hörmuschel 3g verbunden sind.
  • Das Winkelmeßgerät der vorliegenden Erfindung ermöglicht seinem Verwender, die Quelle S einer elektromagnetischen Strahlung zu orten, wobei seine Hände frei bleiben und keine besondere Aufmerksamkeit von ihm gefordert wird, beispielsweise kein Positionsindikator abgelesen werden muß. In dem Fall des in der Fig. 1 wiedergegebenen Systems zum binauralen Hören ermöglichen die Merkmale der auf die Hörmuscheln 3d, 3g gegebenen Signale dem Träger dieser Hörmuscheln eine Rekonstitution der Schallumgebung, die derjenigen eines direkten Gesprächspartners ähnlich ist, der in der gleichen Richtung bezüglich der Orientierung des Kopfes positioniert ist. Für die Verwendung des Gerätes sind keine besonderen Anweisungen erforderlich, und die natürlichen Reflexe ermöglichen die Ortung der Quelle S mit der gewünschten Genauigkeit. Eine grobe Ortung der Quelle S wird ohne Bewegung des Kopfes einfach aufgrund des Unterschiedes der auf die zwei Hörmuscheln, nämlich die rechte Hörmuschel 3d und die linke Hörmuschel 3g gegebenen Signale erhalten. Eine leichte Schwenkbewegung des Kopfes genügt, um zu unterscheiden, ob eine Quelle vor oder hinter dem Verwender gelegen ist. In der Tat, wenn die Quelle S in der Achse des Kopfes und vor dem Verwender angeordnet ist, äußert sich eine Schwenkung des Kopfes im Uhrzeigersinn bei dem Verwender des Gerätes durch eine relative Verschiebung der Quelle S nach links. Wenn sich dagegen die Quelle S hinter dem Verwender befindet, äußert sich die gleiche Schwenkung des Kopfes durch eine relative Verschiebung der Quelle S nach rechts. Wenn schließlich der Verwender eine genaue Ortung der Quelle S wünscht, dreht er natürlich seinen Kopf in die scheinbare Richtung der mittels der zwei Hörmuscheln 3d, 3g rekonstituierten Schallquelle.
  • Das Antennensystem 1 und die Hörmuscheln 3d, 3g können entweder nur zur Winkelmessung dienen, oder auch zur Kommunikation zwischen mehreren Personen verwendet werden.
  • Wie oben beschrieben wurde, kann bei dem Gerät der vorliegenden Erfindung ein Antennensystem 1 mit einer einzigen Analysenachse verwendet werden, die parallel zu der Querachse der Ohren ist. Es ist jedoch möglich, eine weiter entwickelte Ausführungsform zu verwenden, bei der mindestens zwei nichtparallele Analysenachsen verwendet werden, um eine realistischere Rekonstruktion der relativen Position des Kopfes des Verwenders bezüglich der Emissionsquelle S zu erhalten. Ein Antennensystem mit mehreren Analysenachsen entspricht bei der im Folgenden beschriebenen Anordnung der Erzeugung einer interaktiven virtuellen Schallumgebung (Fig. 7). Die Analyse der Herkunft der Strahlung kann durch jedes bekannte Mittel erfolgen, und zu diesem Zweck kann bei den Winkelmeßsystemen, die eine Winkelabweichungs- oder Winkelunterschiedsinformation ausgeben, irgendeine herkömmliche Analysenmethode verwendet werden.
  • Das Gerät umfaßt einen Helm, der das Antennensystem 1 oder das Meßfühlersystem trägt, sowie die Hörmuscheln 3d, 3g, und eventuell die anderen Komponenten 4, 5, 6d, 6g der elektrischen Schaltung. Anders ausgedrückt, der Helm könnte nur das Antennensystem 1 und die Hörmuscheln 3d, 3g umfassen, wobei die anderen Elemente der elektrischen Schaltung auf dem Körper, an dem Gürtel, oder auf dem Rücken des Verwenders getragen werden.
  • Die Fig. 2 gibt eine Ausführungsform des Winkelmeßgerätes wieder, bei der eine Amplituden-, Phasen- oder Frequenzmodulation des von dem Antennensystem aufgenommenen Signals verwendet wird. Wenn die Trägerwelle der von der Quelle S kommenden elektromagnetischen Strahlung moduliert ist, gibt die Signalverarbeitungsschaltung 5, die über eine Verbindung 7 mit dem Antennensystem 1 verbunden ist, auf dieses Antennensystem ein Modulationssignal, das die Modulation des aufgenommenen Signals bewirkt. Das Antennensystem 1 gibt also ein Antennensignal mit doppelter Modulation an den Empfänger 4 aus, der ebenfalls als Demodulator dient. Dieser Empfänger 4 gibt so an seinem Ausgang zwei überlagerte, demodulierte Niederfrequenzsignale aus, wobei das eine von der Modulation der Quelle, und das andere von der Modulation durch das Antennensystem 1 herrührt, und diese zwei Signale werden auf zwei Audiosignal-Verarbeitungsschaltungen 6d und 6g, und auf die Winkelmeßsignal- Verarbeitungsschaltung 5 gegeben. Im übrigen gibt die Winkelmeßsignal- Verarbeitungsschaltung 5 an ihrem Ausgang das Signal x aus, das eine Funktion des Winkelunterschiedes ist, und das auf die zwei Schaltungen 6d-6g gegeben wird. Die zwei Audiosignal-Verarbeitungsschaltungen 6d-6g geben in Abhängigkeit von dem Winkelunterschied a verschiedene Signale auf die Hörmuscheln 3d bzw. 3g. Die von dem Blöcken 5, 6d, 6g und 8 der Fig. 2 ausgeführten Funktionen können durch eine Software ausgeführt werden, die durch einen DSP (Digital Signal Processor), ein Bauelement mit kleinen Abmessungen und geringem Energieverbrauch, verwirklicht ist. Die Software selbst wird weiter unten unter Bezugnahme auf die Fig. 8 schematisch beschrieben.
  • Die Fig. 3A und 3B geben die Niveaus der Schallsignale wieder, die bei den zwei extremen Werten des Winkelunterschiedes des Kopfes des Verwenders bezüglich der Quelle S. nämlich einer Position mit einem Winkelunterschied Null (Fig. 3A), und einer Position mit einem Winkelunterschied von 90º (Fig. 3B) auf das rechte Ohr OD und das linke Ohr OG gegeben werden. Man sieht, daß dann, wenn die Beobachtungsachse A mit der Richtung R der Strahlungsquelle S zusammenfällt, das heißt, bei einem Winkelunterschied Null, die auf die Ohren gegebenen Schallsignale die gleiche Amplitude haben, wobei diese Amplitude "Bezugsniveau" genannt wird. Wenn dagegen der Kopf um 90º im Uhrzeigersinn gedreht wird, wie dies in der Fig. 3B dargestellt ist, empfängt das der Strahlung ausgesetzte Ohr, das heißt, in dem veranschaulichten Fall das linke Ohr, ein Schallsignal, das ein höheres Niveau als das Bezugssignal hat, während das entgegengesetzte Ohr, das heißt, das rechte Ohr OD, ein Schallsignal empfängt, dessen Amplitude niedriger als das Bezugssignal ist, und mit der Frequenz der Strahlung allmählich abnimmt.
  • Die Fig. 4 veranschaulicht die Variation der Verzögerung dt des Signals, das auf das zu der Quelle entgegengesetzte Ohr, das heißt, das rechte Ohr in der Fig. 3, gegeben wird, bezüglich des Signals, das auf das der Strahlung ausgesetzte Ohr, das heißt, das linke Ohr OG gegeben wird. Man sieht, daß diese Verzögerung dt, ausgedrückt in Mikrosekunden, für einen Winkelunterschied a von 90º maximal ist, und für einen Winkelunterschied von 0º oder 180º, das heißt, wenn die Querachse der Ohren senkrecht zu der Richtung der Strahlungsquelle ist, Null ist.
  • Die Fig. 5 veranschaulicht die Variation der Amplitude des auf jedes der Ohren gegebenen Schallsignals in dem Fall von zwei verschiedenen Betriebsarten, nämlich einem normalen Modus und einem Zielpeilungsmodus, bei dem die Empfindlichkeit des Gerätes in der Nähe des Winkelunterschiedes von 0º erhöht ist. Die Kurven mit einfachem Strich entsprechen dem linken Ohr, während die Kurven mit einer Aufeinanderfolge von schwarzen Punkten dem rechten Ohr entsprechen. Bei dem normalen Modus folgt das auf das linke und rechte Ohr gegebenen Niveau der Schallsignale bei einer Variation des Winkelunterschiedes a den Kurven OG1 bzw. OD1. Bei dem Zielpeilungsmodus ist jede der Audiosignal-Verarbeitungsschaltungen 6d, 6g mit einem Mittel verbunden, das ein Steuersignal r für den Zielpeilungsmodus erzeugt (Fig. 2), um den Anstieg der Kurven, das heißt, die Empfindlichkeit des Gerätes, beim Nulldurchgang auf der dem Schallniveau n in Dezibel entsprechenden Ordinatenskala zu vergrößern. In der Fig. 5 sieht man, daß bei dem Zielpeilungsmodus die Kurven OG2 und OD2 deutlich stärker ausgeprägt und gespreizt sind, und daß die Niveaus der Schallsignale zwischen dem der Strahlung ausgesetzten Ohr und dem entgegengesetzten Ohr sich viel stärker unterscheiden, sobald sich der Winkelunterschied a von dem Wert 0º entfernt.
  • Das Gerät, dessen Schaltbild in der Fig. 2 wiedergegeben ist, ermöglicht ebenfalls, eine Quelle einer Strahlung mit nicht-modulierter Trägerwelle zu orten. In diesem Fall wird ein Niederfrequenz-Signalgenerator 8 verwendet, der mittels eines Umschalters 9 anstelle des Empfängers 4 an die zwei Audiosignal- Verarbeitungsschaltungen 6d-6g angeschlossen werden kann. Dieser Niederfrequenz-Signalgenerator 8 gibt dann, wie in dem oben beschriebenen Fall, anstelle des Niederfrequenzsignals, das sich aus der Demodulation der Trägerwelle durch die Empfänger-Demodulator-Schaltung ergibt, sein eigenes Niederfrequenzsignal auf die zwei Schaltungen 6d, 6g. Der Umschalter 9 ist so mit den Audiosignal-Verarbeitungsschaltungen 6d-6g verbunden, und außerdem entweder mit dem Empfänger-Demodulator 4 verbunden, wenn die Trägerwelle moduliert ist, oder mit dem Niederfrequenzgenerator 8 verbunden, wenn die Trägerwelle nicht moduliert ist.
  • Die Fig. 6 ist ein partielles Schema einer Ausführungsvariante, bei der die Analyse der Herkunft der Strahlung durch Interferometrie erhalten wird. In diesem Fall weist das Antennensystem 1 zwei getrennte Meßfühler 1g und 1d auf, die getrennt an den Empfänger Demodulator 4 angeschlossen sind, um die Phasenverschiebung der Trägerwelle der Strahlung auf den zwei Antennenelementen 1g, 1d als Funktion des Winkelunterschiedes a zu erfassen.
  • Die Fig. 7 veranschaulicht eine Anwendung des Winkelmeßgerätes der vorliegenden Erfindung bei der Erzeugung einer interaktiven virtuellen Schallumgebung. In diesem Fall wird die Winkelmeßinformation verwendet, um eine durch die Position des Kopfes des Hörers gesteuerte Drehung des Schallpanoramas auszuführen. Das Gerät umfaßt dann, wie in den vorhergehenden Fällen, den Empfänger-Demodulator 4 und die Signalverarbeitungsschaltung 5, die über die Verbindung 7 mit dem Antennensystem 1 verbunden ist, um das Modulationssignal darauf zu geben. Der Empfänger-Demodulator 4 weist jedoch mehrere Kanäle auf, zum Beispiel vier Kanäle (Quadrophonie), und er umfaßt vier Ausgänge, die diesen vier Kanälen entsprechen, und die an einen Audiosignal-Prozessor 12 angeschlossen sind, der mit den zwei Hörmuscheln 3d, 3g verbunden ist. Die Signalverarbeitungsschaltung 5 ist ebenfalls an den Audiosignal-Prozessor 12 angeschlossen, um das Signal x, das den Winkelunterschied a kennzeichnet, darauf zu geben. Das Gerät ermöglicht so, mittels der zwei Hörmuscheln 3d, 3g eine Schallumgebung zu rekonstituieren, die als Funktion der Position des Kopfes bezüglich der Richtung der Quelle S. das heißt, als Funktion des Winkelunterschiedes a, genau auf die gleiche Weise variiert, wie wenn sich der Hörer in einer Schallumgebung mit vier akustischen Quellen, nämlich einem vorderen rechten Lautsprecher, einem vorderen linken Lautsprecher, einem hinteren rechten Lautsprecher, und einem hinteren linken Lautsprecher befinden würde.
  • Nun wird unter Bezugnahme auf das Flußdiagramm der Fig. 8 eine Software beschrieben, die bei einem DSP (Digital Signal Processor) eingesetzt wird. In der Fig. 8 ist das Meßfühlernetz 1 wiedergegeben, das dem Antennensystem 1 der Fig. 2 entspricht, und das ein Verbundsignal 11 in Richtung des Empfängers oder Demodulators 4 aussendet. Das Meßfühlernetz oder Antennensystem 1 empfängt ein Steuersignal s2 für das Netz oder das Antennensystem 1 von der Signalverarbeitungsschaltung 5. Diese Schaltung 5 empfängt das Audiosignal s3 von dem Empfänger oder Demodulator 4, wobei dieses Signal in einer Stufe 5a einer Analog/Digital-Umsetzung unterworfen wird. Die Signalverarbeitungsschaltung 5 übernimmt eine Synchronisationsfunktion 5b, die auf die Steuerfunktion 5c des Antennensystems 1, die Analog/Digital-Umsetzung 5a, und die Peilwinkelverarbeitung 5d wirkt. Das Ergebnis der Peilwinkelverarbeitung 5d wird auf eine Audiosignal-Verarbeitungsstufe 6a der Audiosignal-Verarbeitungsschaltungen 6d, 6g gegeben, auf die ebenfalls das digitale Audiosignal von dem Niederfrequenz- Signalgenerator 8, und das Ergebnis der Analog/Digital-Umsetzung 5a der Verarbeitungsschaltung 5 wirkt. Die Audiosignal-Verarbeitungsstufe 6a wirkt über Digital/Analog-Umsetzungsstufen 6b, 6c auf die linke Hörmuschel 3g und die rechte Hörmuschel 3d. Auf die Audiosignal-Verarbeitungsstufe 6a wirken ebenfalls eine Empfindlichkeitsauswahl (Zielpeilungsmodus-Steuersignal r der Fig. 2), und eine interne/exteme Audiosignalauswahl (Umschalter 9).

Claims (5)

1. Persönliches Winkelmeßgerät, das zur Erfassung der von einer Quelle (S) ausgesandten elektromagnetischen, infraroten oder Ultraschallstrahlung verwendbar ist, um die Richtung dieser Quelle zu bestimmen, oder eine virtuelle Schallumgebung zu erzeugen, umfassend ein von dem Kopf (2) des Verwenders getragenes Mittel (1) zur Erfassung der Strahlung, das durch eine Drehbewegung des Kopfes bezüglich der Quelle (S) orientierbar ist und ein Signal mit einer Charakteristik erzeugt, die variabel ist in Abhängigkeit von der Richtung (R) der Quelle (S) bezüglich der Beobachtungsachse des Verwenders, die der Position des Erfassungsmittels (1), das heißt, der Position des Kopfes entspricht, und zwei auf den beiden Ohren des Verwenders angeordnete Hörmuscheln (3d, 3g), um ein Schallsignal auszusenden, dessen Art von der Winkelabweichung (a) zwischen der Richtung der Quelle (S) und der augenblicklichen Position des Kopfes des Verwenders abhängt, dadurch gekennzeichnet, daß das Erfassungsmittel (1) aus einem Antennensystem (1) besteht, das einen Ausgang und mindestens eine zu der Querachse der Ohren parallele Analysenachse besitzt, und daß das Gerät außerdem einen Empfänger-Demodulator (4) umfaßt, dessen Eingang mit dem Ausgang des Erfassungsmittels (1) verbunden ist, und eine Schaltung (5) zur Verarbeitung des demodulierten Signals umfaßt, die an den Ausgang des Empfänger-Demodulators (4) angeschlossen ist, und an ihrem Ausgang ein Steuersignal (x) erzeugt, das von der Winkelabweichung (a) zwischen der Richtung der Quelle (S) und der augenblicklichen Position des Erfassungsmittels (1), das heißt, der Beobachtungsachse des Verwenders, abhängt, und zwei Schaltungen (6d, 6g) zur Verarbeitung des Audiosignals umfaßt, die dem rechten bzw. linken Schallkanal zugeordnet sind, und deren Eingänge an den Ausgang der Verarbeitungsschaltung (5) angeschlossen sind, und deren Ausgänge mit der rechten Hörmuschel (3d) bzw. der linken Hörmuschel (3g) verbunden sind, um die Richtung der Quelle durch das binaurale Hören wahrnehmen zu können.
2. Gerät gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung (5) zur Verarbeitung des demodulierten Signals über eine Verbindung (7) an das Antennensystem (1) angeschlossen ist, um ein Modulationssignal auf dieses Antennensystem zu geben, das dann mit der Modulation der Trägerwelle der Strahlung so kombiniert wird, daß das Antennensystem (1) ein Antennensignal mit doppelter Modulation an den Empfänger-Demodulator (4) ausgibt, und daß der Empfänger-Demodulator (4) an seinem Ausgang zwei überlagerte demodulierte Niederfrequenzsignale ausgibt, und zwar eines, das von der Modulation der Trägerwelle herrührt, und das andere, das von dem auf das Antennensystem (1) gegebenen Modulationssignal herrührt, wobei diese zwei Signale auf die zwei Schaltungen (6d, 6g) zur Verarbeitung des Audiosignals gegeben werden, und das Gerät umfaßt, falls die Trägerwelle der Strahlung nicht moduliert ist, einen Niederfrequenz-Signalgenerator (8), der anstelle des Empfänger-Demodulators (4) mittels eines Umschalters (9) an die zwei Schaltungen (6d, 6g) zur Verarbeitung des Audiosignals angeschlossen werden kann.
3. Gerät gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Schaltungen (6d, 6g) zur Verarbeitung des Audiosignals an ein Mittel angeschlossen ist, das ein Signal (r) zur Steuerung des Zielpeilungsmodus erzeugt, um die Empfindlichkeit des Gerätes in der Nähe einer Winkelabweichung von 0º zu erhöhen.
4. Gerät gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Analyse der Herkunft der Strahlung durch Interferometrie erhalten wird, und das Antennensystem (1) zwei getrennte Erfassungsmittel (1g, 1d) aufweist, die an den Empfänger-Demodulator (4) getrennt angeschlossen sind, um die Phasenverschiebung der Trägerwelle der Strahlung bei den zwei Antennenelementen (1g, 1d) in Abhängigkeit von der Winkelabweichung (a) zu erfassen.
5. Gerät gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, das für die Erzeugung einer interaktiven virtuellen Schallumgebung verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der an das Erfassungsmittel (1) angeschlossene Empfänger- Demodulator (4) mehrere Kanäle und mehrere Ausgänge aufweist, die an einen Audiosignal-Prozessor (12) angeschlossen sind, der mit den zwei Hörmuscheln (3d, 3g) verbunden ist, und die Schaltung (5) zur Verarbeitung des Winkelmeßsignals, die an das Antennensystem (1) angeschlossen ist, um ein Modulationssignal darauf zu geben, ebenfalls an den Audiosignal-Prozessor (12) angeschlossen ist, um das Signal (x), das die Winkelabweichung (a) kennzeichnet, auf ihn zu geben, damit mittels der zwei Hörmuscheln (3d, 3g) eine Schallumgebung rekonstituiert wird, die in Abhängigkeit von der Position des Kopfes bezüglich der Quelle (S), das heißt, der Winkelabweichung (a), auf genau die gleiche Weise variiert, wie wenn der Hörer sich in einer Schallumgebung mit mehreren akustischen Quellen befinden würde.
DE69605773T 1995-03-06 1996-03-05 Persönliches ortungsgerät Expired - Fee Related DE69605773T2 (de)

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DE69605773D1 DE69605773D1 (de) 2000-01-27
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